(57)【要約】【課題】共振器全体のサイズを変更することなく、共振器長の変更を実現し、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止できるパルス幅可変レーザ共振器を提供する。【解決手段】一対の稜線方向の直交するルーフプリズムを有するレーザ共振器と、レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、レーザ媒質を励起する励起光源と励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタを備えたレーザ共振器において、必要なパルス幅に応じて、共振器を１回周回する時のレーザ光がルーフプリズムの稜線を通過する回数が変えられるように、レーザ媒質及び励起光源が固定されたリフレクタをレーザ媒質の端面が傾かないように平行移動を可能にした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直角に配置された第１及び第２の反射面を有する第１のルーフプリズムと互いに直角に配置された第３及び第４の反射面を有する第２のルーフプリズムとで構成されるレーザ共振器と、
前記レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、
前記レーザ媒質を励起する励起光源と、
前記レーザ媒質と前記励起光源と保持し前記励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタと、
前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる平行移動手段とを備え、
前記平行移動手段が前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させることで、前記レーザ共振器の共振器長が変動することを特徴とするパルス幅可変レーザ共振器。
【請求項２】
互いに直角に配置された第１及び第２の反射面を有する第１のルーフプリズムと互いに直角に配置された第３及び第４の反射面を有する第２のルーフプリズムとで構成されるレーザ共振器と、
前記レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、
前記レーザ媒質を励起する励起光源と、
前記レーザ媒質と前記励起光源と保持し、前記励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタと、
前記第１のルーフプリズムを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる第１のルーフプリズム平行移動手段と、
前記第２のルーフプリズムを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる第２のルーフプリズム平行移動手段とを備え、
前記第１、第２のルーフプリズム平行移動手段が前記第１、第２のルーフプリズムの少なくともいずれか１つを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させることで、前記レーザ共振器の共振器長が変動することを特徴とするパルス幅可変レーザ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばレーザ誘導装置用固体レーザ装置に用いられ、ルーフプリズムを採用したパルス幅可変のレーザ共振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザ共振器では、互いに対向して、配置された１対の反射鏡、反射鏡間に同心に配置されたレーザ媒質、レーザ媒質を励起する励起光源で構成される。レーザ共振器において、パルス幅を変化させるには、励起光源の入力エネルギーの変化、共振器長の変化、偏光子反射率の変化が必要である。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】Springer series in OPTICAL SCIENCES Vol.1 「Solid-State Laser Engineering Fifth Revised and Updated Edition」Walter Koechner著  P.219
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように２枚の反射鏡で配置された共振器において、パルス幅を変更する場合、励起光源の入力エネルギーを変化させることは、レーザ出力に大きな影響を及ぼし、発振閾値近傍では、レーザ出力が著しく低下してしまう。また、共振器長を変化させることは、長くする場合、反射装置間の間隔を大きくする為、共振器のサイズの増加及び機械安定性の低下等の悪影響を及ぼす。また、偏光子反射率を変化させると、出力エネルギー及び共振器内部エネルギーに大きく影響を及ぼし、場合によっては、共振器内部エネルギーの増加により、共振器を構成する光学部品を損傷させてしまう。
【０００５】
この発明は，かかる問題点を解決するためになされたもので，共振器全体のサイズを変更することなく、共振器長の変更を実現し、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止できるパルス幅可変レーザ共振器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るパルス幅可変レーザ共振器は、互いに直角に配置された第１及び第２の反射面を有する第１のルーフプリズムと互いに直角に配置された第３及び第４の反射面を有する第２のルーフプリズムとで構成されるレーザ共振器と、前記レーザ共振器の光軸上に設置されたレーザ媒質と、前記レーザ媒質を励起する励起光源と、前記レーザ媒質と前記励起光源と保持し前記励起光源から発生した励起光を閉じ込めるリフレクタと、前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動させる平行移動手段とを備え、
前記レーザ共振器の共振器長は、前記平行移動手段が前記リフレクタを前記レーザ共振器の光軸垂直方向に平行移動することで、変更するようにしたことを特徴とするパルス幅可変レーザ共振器
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、共振器全体のサイズを変更することなく共振器長を変更することができ、小型で、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止したパルス幅可変のレーザ共振器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．  
図１は，この発明の実施の形態１のパルス幅可変レーザ共振器を示す構成図である。図１において，第１のルーフプリズム１，第２のルーフプリズム２はレーザ光を閉じ込める一対のルーフプリズムを構成し、第１のルーフプリズム１の稜線１ａと第２のルーフプリズム２の稜線２ａは互いに直交している。また、第１のルーフプリズム１は、図２に示すように、第１の入射面１ｄの第１の稜線１ａと交差せず、かつルーフプリズムの下半部に第５の反射面１ｅを設置している。レーザ媒質３は励起光源４により励起される。リフレクタ６は、レーザ媒質３と励起光源４を保持し、励起光源４の光をレーザ媒質３に効率良く入射させる。偏光子７は出力反射鏡の機能を持つ。第１のルーフプリズム１と第２のルーフプリズム２とレーザ媒質３と偏光子７とポッケルスセル１４は全て同心同軸に位置し、偏光子７は、光軸に対して、ブリュースター角に配置している。リフレクタ６、偏光子７、ポッケルスセル１４は、ＡＳＳＹ８で固定され、ＡＳＳＹ平行移動手段９により、平行移動することができる。
【０００９】
ここで、共振器長Ｒ、光速ｃ０、共振器内部損失Ｌ、共振器周回時間をｔＲ＝２Ｒ／ｃ０、レーザ媒質３の小信号利得をｇ０l、変数Ｚ＝２ｇ０l ／Ｌ、ａ＝（Ｚ−１）／（Ｚｌｎ（Ｚ））とすると、出力結合量が最適な条件の時のＱ−ＳＷレーザにおいて、パルス幅ｔｐは、ｔｐ＝ｔＲ／Ｌ[ｌｎ（Ｚ）／{Ｚ（１−ａ（１−ｌｎ（ａ）））}]で表される。パルス幅ｔｐと共振器長Ｒは、比例の関係にあり、共振器長がｎ倍に増加した場合、パルス幅もｎ倍に増加する。従って、共振器長Ｒを変えることによって、パルス幅ｔｐを調節することができる。
【００１０】
次に，動作について説明する。図３は、共振器長Ｒの時のパルス幅可変レーザ共振器の動作を示す説明図である。励起光源４により励起されレーザ媒質３より発生した光の光路５ａと同方向の光は、ルーフプリズム２へ進み、第３の反射面２ｂ、第４の反射面２ｃで反射し、入射光と逆方向に光路５ａに沿って進み、レーザ媒質３を通過し、増幅され、ポッケルスセル１４、偏光子７を通過し、第１のルーフプリズム１へ進み、第１、第２の反射面１ｂ、１ｃに反射後、入射光と逆方向に光路５ａに沿って、偏光子７、ポッケルスセル１４を順次通過し、再度レーザ媒質３を通過する。この動作を繰返し、レーザ媒質３に蓄積されたエネルギーが共振器内部の損失より、大きくなった時、偏光子７より、レーザ光が出力される。この時の共振器長はＲ[ｍｍ]であり、パルス幅はtp [ｎｓ]となる。
【００１１】
次に、共振器長をＲから２Ｒに延長する方法について説明する。図４は、図１の第１の光路５ａを含むｙ−ｚ面に対する断面図で、(a)は、ＡＳＳＹ８の平行移動前、(b)は、ＡＳＳＹ８を平行移動した後の図である。 共振器長をＲから２Ｒに延長させる場合は、(a)のＡＳＳＹ平行移動手段９より、ＡＳＳＹ８をｙ軸方向に平行移動させ、第１のルーフプリズム１、第２のルーフプリズム２に閉じ込められる光が、第２のルーフプリズム２の第２の稜線２ａに入射せず、全ての光が、第３の反射面２ｂ、第４の反射面２ｃに反射するようにする。
【００１２】
図５は、共振器長２Ｒの時の動作を示す説明図である。励起光源４により励起されレーザ媒質３より発生した光の光路５ａと同方向の光は、ルーフプリズム２へ進み、第３の反射面２ｂを反射し、第２の光路５ｂに沿って進み、第４の反射面２ｃを反射し、第３の光路５ｃに沿って進み、第１のルーフプリズム１に入射し、第１、第２の反射面１ｂ、１ｃを反射し、入射光と逆方向に光路５ｃに沿って進み、第２のルーフプリズム２に入射し、第４の反射面２ｃを反射し、第２の光路５ｂに沿って進み、第３の反射面２ｂを反射し、光路５ａに沿って進み、レーザ媒質３に入射し、増幅され、ポッケルスセル１４、偏光子７を通過し、第１のルーフプリズム１へ進み、第１、第２の反射面１ｂ、１ｃに反射後、入射光と逆方向に光路５ａに沿って、偏光子７、ポッケルスセル１４を順次通過し、再度レーザ媒質３を通過する。この動作を繰返し、レーザ媒質３に蓄積されたエネルギーが共振器内部の損失より、大きくなった時、偏光子７より、レーザ光が出力される。この時、共振器長は２Ｒ[ｍｍ]となり、パルス幅は２tp [ｎｓ]となる。なお、第３の反射面２ｂと第４の反射面２ｃ間の距離は、第１のルーフプリズム１と第２のルーフプリズム２間の距離Ｒに比べて、非常に小さいものとし、無視している。
【００１３】
次に、共振器長を２Ｒから４Ｒに延長する方法について説明する。図６は、図１の第１の光路５ａを含むｘ−ｚ面に対する断面図で、(a)は、ＡＳＳＹを平行移動前、(b)は、ＡＳＳＹ平行移動後の図である。 共振器長を２Ｒから、４Ｒに延長させる場合は、(a)のＡＳＳＹ平行移動手段９より、ＡＳＳＹ８をｘ軸方向に平行移動させ、第１のルーフプリズム１、第２のルーフプリズム２に閉じ込められる光が、第１のルーフプリズム１の第１の稜線１ａに入射せず、全ての光が、第１の反射面１ｂまたは第２の反射面１ｃに反射するようにする。
【００１４】
図７は、共振器長４Ｒの時の動作を示す説明図である。励起光源４により、励起されレーザ媒質３より発生した光の光路５ａと同方向の光は、第２のルーフプリズム２へ進み、第３の反射面２ｂを反射し、第２の光路５ｂに沿って進み、第４の反射面２ｃを反射し、第３の光路５ｃに沿って進み、第１のルーフプリズム１の第５の反射面１ｅに反射し、入射光と逆方向に第３の光路５ｃに沿って進み、第２のルーフプリズム２に入射し、第４の反射面２ｃを反射し、第２の光路５ｂに沿って進み、第３の反射面２ｂを反射し、光路５ａに沿って進み、レーザ媒質３に入射し、増幅され、ポッケルスセル１４、偏光子７を通過し、第１のルーフプリズム１へ進み、第２の反射面１ｃを反射し、第８の光路５ｈに沿って進み、第１の反射面１ｂを反射し、第７の光路５ｇに沿って進み、第２のルーフプリズム２へ進み、第３の反射面２ｂを反射し、第６の光路５ｆに沿って進み、第４の反射面２ｃを反射し、第５に光路５ｅに沿って進み、第１のルーフプリズム１へ進み、第１の反射面１ｂを反射し、第４の光路５ｄに沿って進み、第２の反射面２ｃを反射し、第３の光路５ｃに沿って進み、第５の反射面１ｅを反射し、入射光と逆方向に第３の光路５ｃに沿って進み、第２の反射面１ｃを反射し、第４の光路５ｄに沿って進み、第１の反射面１ｂを反射し、第５の反射面５ｅに沿って進み、第２のルーフプリズム２へ進み、第４の反射面２ｃを反射し、第６の光路５ｆに沿って進み、第３の反射面２ｂを反射し、第７の反射面５ｇに沿って進み、第１のルーフプリズム１へ入射し、第１の反射面１ｂを反射し、第８の光路５ｈに沿って進み、第２の反射面１ｃを反射し、第１の光路５ａに沿って進み、偏光子７、ポッケルスセル１４を順次通過し、再度レーザ媒質３を通過する。この動作を繰返し、レーザ媒質３に蓄積されたエネルギーが共振器内部の損失より、大きくなった時、偏光子７より、レーザ光が出力される。この時、共振器長は４Ｒ[ｍｍ]であり、パルス幅は４tp [ｎｓ]となる。なお、第１の反射面１ｂと第２の反射面１ｃ間の距離及び第３の反射面２ｂと第４の反射面２ｃ間の距離は、第１のルーフプリズム１と第２のルーフプリズム２間の距離Ｒに比べて、非常に小さいものとし、無視している。
【００１５】
このように、ＡＳＳＹ８を移動させることにより、段階的にパルス幅を可変にでき、第１のルーフプリズム１と第２のルーフプリズム２間の折り返し回数を増加させることにより、共振器長を延長させる構成の為、共振器全体のサイズを小さく設計することが容易である。また、ルーフプリズムの稜線による回折による損失が生じ、レーザ光の利用効率が低下するが、励起エネルギーを閾値近傍に設定し、レーザ出力を著しく低下させる必要はない。また、出力結合量を変える必要が無い為、共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止することができる。
また、図８（ａ）のように、ルーフプリズム１２は、稜線１２ａを挟み、反射面１２ｂ、１２ｃが、直角に設置されており、入射面に対して光軸が垂直に入射した時、光軸と反射面１２ｂ、１２ｃとがなす角は４５°となる。光軸１２と平行な入射光路１３ａに沿って進む入射光は、ルーフプリズム１２へ進み、反射面１２ｂを直角に反射し、光路１３ｃに沿って進み、反射面１２ｃを直角に反射し、反射光路１３ｂに沿って進む。図８（ｂ）にように、ルーフプリズム１２が傾き角θを持った場合、光軸と反射面１２ｂ、１２ｃとがなす角は４５＋θ°となり、光軸１２と平行な入射光路１３ａに沿って進む入射光は、ルーフプリズム１２へ進み、反射面１２ｂを反射角９０＋２θ°で反射し、光路１３ｃに沿って進み、反射面１２ｃを反射角９０-２θ°で反射し、反射光路１３ｂに沿って進むこととなる。このように、入射光路１３ａと反射光路１３ｂとの角度変化は、１８０°となるため、稜線１２ａを中心軸とした傾きが生じても入射光と平行かつ逆方向に反射する。この為、本共振器は、稜線を互いに直交させた一対のルーフプリズムで構成することにより、ルーフプリズムの傾き及び各光学部品の傾き及びずれにより発生するルーフプリズムへの入射光の傾き、ずれ、振動に強いという効果が得られる。
【００１６】
実施の形態２．  
図９は，この発明の実施の形態２を示す構成図である。図において，第１のルーフプリズム１，第２のルーフプリズム２はレーザ光を閉じ込める一対のルーフプリズムを構成し、第１のルーフプリズム１の稜線１ａと第２のルーフプリズム２の稜線２ａは互いに直交している。また、第１のルーフプリズム１は、図２で示すように、第１の入射面１ｄの第１の稜線と交差せず、かつルーフプリズムの下半部に第５の反射面１ｅを設置している。３はレーザ媒質，レーザ媒質３は励起光源４により励起される。リフレクタ６は、レーザ媒質３と励起光源４を保持し、励起光源４の光をレーザ媒質３に効率良く入射させる。偏光子７は出力反射鏡の機能を持つ。第１のルーフプリズム１、第２のルーフプリズム２、レーザ媒質３、偏光子７、ポッケルスセル１４は全て同心同軸に位置し、偏光子７は、光軸に対して、ブリュースター角に配置している。第１のルーフプリズム１は、第１のルーフプリズム平行移動手段１０により、ｘ軸方向に、第２のルーフプリズム２は、第２のルーフプリズム平行移動手段１１により、ｙ軸方向に、平行移動を可能にしている。
【００１７】
次に、共振器長をＲから２Ｒに延長する方法について説明する。図１０は、図１の第１の光路５ａを含むｙ−ｚ面に対する断面図で、(a)は、第２のルーフプリズム２平行移動前で、 (ｂ)は、第２のルーフプリズム２平行移動後の図である。共振器長をＲから２Ｒに延長させる場合は、(a)の第２のルーフプリズム２平行移動手段１１より、第１、第２のルーフプリズム１、２に閉じ込められる光が、第２のルーフプリズム２の第２の稜線２ａに入射せず、全ての光が、第３または第４の反射面２ｂ、２ｃに反射するように、平行移動させる。
【００１８】
次に、共振器長を２Ｒから４Ｒに延長する方法について説明する。図１１は、図１の第１の光路５ａを含むｘ−ｚ面に対する断面図で、(a)は、第１のルーフプリズム１平行移動前、 (ｂ)は、第１のルーフプリズム１平行移動後の図である。共振器長を２Ｒから４Ｒに延長させる場合は、 (a)の第１のルーフプリズム１平行移動手段１０より、第１、第２のルーフプリズム１、２に閉じ込められる光が、第１のルーフプリズム１の第１の稜線１ａに入射せず、全ての光が、第１または第２の反射面に反射するように、平行移動させる。
【００１９】
次に，動作について説明する。動作に関しては、実施の形態１と同様である。
【００２０】
この実施の形態２によるパルス幅可変レーザ共振器は、実施１と同様に、共振器全体のサイズが不変でかつ、機械安定性が高く、レーザ出力の著しい変化及び共振器内部エネルギーの増加による光学部品の損傷を防止でき、傾きが互いに補償することができる為、振動に強い。また、偏光子を固定できる為、出射位置を一定にすることが可能で、各ルーフプリズムに関して、傾き不変の方向が一方向のみの為、平行移動が容易である。
【００２１】
なお、実施の形態１，２では、ルーフプリズムを用いた場合について述べたが，ルーフプリズムの反射面を反射鏡に置き換えた反射装置にも利用できることは，いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１を示す概略の構成図である。
【図２】この発明の第１のルーフプリズム１を示す外形図である。
【図３】この発明の実施の形態１の共振器長Ｒの時の動作を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１の共振器長をＲから２Ｒに延長する時のＡＳＳＹの平行移動を示す概略図である。
【図５】この発明の実施の形態１の共振器長２Ｒの時の動作を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１の共振器長を２Ｒから４Ｒに延長する時のＡＳＳＹの平行移動を示す概略図である。
【図７】この発明の実施の形態１の共振器長４Ｒの時の動作を示す説明図である。
【図８】図１のルーフプリズムが傾斜した時のルーフプリズムに入射したレーザ光の反射状態を示す示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２を示す概略の構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２の共振器長をＲから２Ｒに延長する時の第２のルーフプリズム２の平行移動を示す説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態２の共振器長を２Ｒから４Ｒに延長する時の第１のルーフプリズム１の平行移動を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  第１のルーフプリズム、１ａ  第１の稜線、１ｂ  第１の反射面、１ｃ  第２の反射面、１ｄ  第１の入射面、１ｅ  第５の反射面、２  第２のルーフプリズム、２ａ  第２の稜線、２ｂ  第３の反射面、２ｃ  第４の反射面、２ｄ  第１の入射面、２ｅ  第５の反射面、３  レーザ媒質、４  励起光源、５ａ  第１の光路、５ｂ  第２の光路、５ｃ  第３の光路、５ｄ  第４の光路、５ｅ  第５の光路、５ｆ  第６の光路、５ｇ  第７の光路、５ｈ  第８の光路、６  リフレクタ、７  偏光子、８  ＡＳＳＹ、９  ＡＳＳＹ平行移動手段、１０  第１のルーフプリズム平行移動手段、１１  第２のルーフプリズム平行移動手段、１２ルーフプリズム、１２ａ  稜線、１２ｂ  反射面、１２ｃ  反射面、１２ｄ  入射面、１３ａ  入射光路、１３ｂ  反射光路、１３ｃ  光路、１４  ポッケルスセル、１５光軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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